CN203847122U - 一种用于复杂地层的盾构机刀盘 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及盾构技术，具体涉及一种用于复杂地层的盾构机刀盘，所述盾构机刀盘结构为具有四个辐条和四个辐板的圆形结构；四个辐条两侧及上面分别布置有切刀和滚刀/齿刀，四个辐条外缘设置有刮刀；四个辐板上设置有滚刀或仿形刀；刀盘中心区设置有滚刀或齿刀，根据不同性质的地层，硬岩地段时采用滚刀，软砂性地层时采用齿刀；所有刀具是可更换的，且所述盾构机刀盘是可伸缩的。本实用新型具有开挖上软下硬复合地层的适应性；且在硬岩地段及砂性地层开挖时盾构刀盘耐磨、耐撞击；能够在局部气压下更换刀具；且盾构机刀盘可以伸缩。
Description
技术领域
本实用新型涉及盾构技术，具体涉及一种用于复杂地层掘进的盾构机刀盘。
背景技术
土压平衡盾构机集机械、电气、液压、测量导向、控制等多学科技术于一体，专门用于隧道工程的大型、高科技综合施工设备，具有开挖快、优质、安全、经济、有利于环境保护和降低劳动强度等优点，从松散软土、淤泥等硬岩都可应用。因此，在我国的市政建设、国防建设等方面具有非常大的市场需求。
盾构机的主要组成部分包括盾壳、刀盘及刀具、刀盘驱动、推进系统、管片拼装机、排土机构、后配套装置、电气系统和辅助设备等。盾构机在隧道施工中，通过刀盘、刀具对前方土体进行切削，刀具与土体的适应程度至关重要。不同的土体需要用不同的刀盘和刀具配置对其进行挖掘，才能使盾构机完成快速的掘进施工，刀盘刀具于前方土体不适应，将使盾构机掘进非常缓慢甚至寸步难行，直接影响到盾构机的工作效率，工程进展及工程的经济效益。因此，刀盘及刀具配置方式是盾构机最关键、最核心的技术。刀盘结构、刀具类型的选择，刀具的布置和磨损问题常成为盾构机选型和设计的重点内容。
现有刀盘的结构主要有面板式和辐条式两大类型。面板式刀盘一般为焊接箱型结构，其上设置刀座、刀具、开口、添加剂主入口及与主轴承连接部件。切刀布置在面板上开口的两侧，滚刀通过刀座布置在刀盘上，刀盘开口率较小，在30％左右。面板式刀盘的缺点是由于受刀盘面板的影响，开挖面土压≠测量土压，因而土压管理困难；刀具负荷大，寿命短；由于地层对卵石的约束力弱，不论滚刀还是撕裂刀，都不能对卵石进行有效的破碎。辐条式刀盘主要由轮缘、辐条及布设在辐条上的刀具组成。刀具布设在辐条的两侧，一般较难布置滚刀，刀盘开口率很大，约在60％-95％之间，属敞开式。辐条式刀盘的缺点是不能限制大粒径的卵石进入土仓。
对于上部松散卵石、下部硬岩且地下水含量丰富的复杂地层，现有面板式盾构刀具磨损大，且在松散地层进行刀具更换存在较大风险；而现有辐条式刀盘不能限制大颗粒卵石进入土仓。因此，需要发明一种用于复杂地层的新型盾构机刀盘。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服上述现有技术中的缺陷，提供一种用于复杂地层的盾构机刀盘，能够开挖上软下硬的复杂地层；且在硬岩地段及砂性地层开挖时盾构刀盘耐磨、耐撞击；能够在局部气压下更换刀具。
本实用新型的技术方案为：一种用于复杂地层的盾构机刀盘，刀盘是安装在盾构机前面的旋转部分。刀盘包括焊接结构件。焊接结构件上设置有刀座、刀具、开口和主轴承连接部件。所述盾构机刀盘的结构为具有四个辐条和四个辐板的圆形结构；四个辐条两侧及上面分别布置有切刀和滚刀/齿刀，四个辐条外缘设置有刮刀；四个辐板上设置有滚刀或仿形刀；刀盘中心区设置有滚刀或齿刀，根据不同性质的地层，硬岩地段时采用滚刀，软砂性地层时采用齿刀；为了安全和易于操作，刀具是可更换的，且所述盾构机刀盘是可伸缩的，即在换刀前可以将刀盘缩回，便于换刀，同时可以防止新刀在第一次切削撞裂。刀盘表面焊接有耐磨层，刀盘圆周区域具有周边保护刀，同时焊接耐磨条；刀盘的后部开口向内倾斜，有利于导入碴土。
优选地，通过盾构机刀盘旋转、挖出的碴土从盾构机刀盘表面上设置的8个开口导入土仓。
优选地，盾构机刀盘安装在主轴承的内齿圈上，通过液压驱动。
优选地，盾构机刀盘设计为双向旋转，转速调节采用无级变速。
优选地，盾构机刀盘的伸缩行程为140mm-160mm，优选150mm。
优选地，同时可通过在刀具上安装磨损检测装置，检测盾构推进时刀具的磨损情况，根据检测结果确定是否需要换刀。
优选地，刀盘内侧(土舱侧)设计有搅拌棒，随刀盘一起转动，可加速土体流动及对螺旋机喂料，可减缓积泥饼的形成。
本实用新型的优点在于：本实用新型具有开挖上软下硬复杂地层的适应性；且在硬岩地段及砂性地层开挖时盾构刀盘耐磨、耐撞击；能够在局部气压下更换刀具。
附图说明
图1示出了本实用新型的盾构机刀盘的结构正视图；
图2示出了本实用新型的盾构机刀盘的结构侧视图；
图3示出了本实用新型所采用的滚刀方案的滚刀安装示意图；
图4示出了本实用新型所采用的齿刀方案的齿刀安装示意图。
图中所示标记：1、刀盘表面；2、滚刀；3、切刀；4、刮刀；5、辐板；6、开口；7、辐条。
具体实施方式
下面结合附图及具体实例对本实用新型做出详细说明，但本实用新型并不局限于以下实例。
如图1至图4所示，在本实例中，为了适应上软下硬复杂地质的开挖要求，盾构机刀盘的结构为具有四个辐条7和四个辐板5的圆形结构；四个辐条7两侧及上面分别布置有切刀3和滚刀2/齿刀，四个辐条7外缘设置有刮刀4；四个辐板7上设置有滚刀2或仿形刀；刀盘中心区设置有滚刀2或齿刀，根据不同性质的地层，硬岩地段时采用滚刀2，软砂性地层时采用齿刀。刀座呈圆柱形，且内部为空腔结构。
具体如下表所示：
此外：(1)针对松散卵石地层，将滚刀启动扭矩调整为22N.M；(2)针对上部卵石、下部板岩地层，选用滚刀刃口宽度为18mm；(3)针对石英岩地层，选用滚刀刃口宽度为25mm，增加耐磨性。
为了安全和易于操作，盾构所有刀具可在刀盘后面进行直接更换。刀盘具有伸缩功能，行程150mm，在换刀前可以将刀盘缩回，便于换刀，同时可以防止新刀在第一次切削撞裂。本实施例中的换刀方式为背式换刀。刀盘表面1焊接有耐磨层，刀盘圆周区域具有周边保护刀，同时焊接耐磨条。
刀盘的后部开口向内倾斜，有利于导入碴土。
盾构机刀盘设计为双向旋转，转速调节采用无级变速。
刀盘内侧(土舱侧)设计有搅拌棒，随刀盘一起转动，可加速土体流动及对螺旋机喂料，可减缓积泥饼的形成。
盾构机刀盘通过螺栓和主轴承的齿圈联接在一起，主驱动系统通过液压马达驱动主轴承的齿圈来带动刀盘旋转。主驱动机构包括主轴承、8个液压马达、8个减速器和安装在后配套拖车上的液压泵、液压控制系统。
由于地质条件、地面附加载荷等诸多因素不同的制约，导致盾构机刀盘前方土压力有所差异，需及时调整。通过在盾壳前体的隔板上安装有压力传感器用以监测土压仓内的压力，以便在掘进过程中对其进行及时的反馈和调节。
另外，在施工过程中，如发现盾构掘进参数异常，如掘进速度缓慢、出土温度高、刀盘扭矩大等，表明刀具磨损严重，可通过在刀具上安装磨损检测装置，检测盾构推进时刀具的磨损情况，根据检测结果确定是否需要换刀。更换好刀盘后进行恢复掘进阶段，将刀盘转速和总推力由小到大逐渐递增，避免损坏刀具。
综上所述，本实用新型具有较高的实用价值，可推广应用于铁路、城市轨道建设的隧道挖掘中。
Claims (7)
1.一种用于复杂地层的盾构机刀盘，刀盘安装在盾构机前面的旋转部分，刀盘包括焊接结构件，所述焊接结构件上设置有刀座、刀具、开口和主轴承连接部件，其特征在于：所述盾构机刀盘的结构为具有四个辐条和四个辐板的圆形结构；四个辐条两侧及上面分别布置有切刀和滚刀/齿刀，四个辐条外缘设置有刮刀；四个辐板上设置有滚刀或仿形刀；刀盘中心区设置有滚刀或齿刀，根据不同性质的地层，硬岩地段时采用滚刀，软砂性地层时采用齿刀；刀具是可更换的，且所述盾构机刀盘是可伸缩的；刀盘表面焊接有耐磨层，刀盘圆周区域具有周边保护刀，同时焊接耐磨条；刀盘的后部开口向内倾斜。
2.根据权利要求1所述的用于复杂地层的盾构机刀盘，其特征在于：所述盾构机刀盘表面上设置有8个开口。
3.根据权利要求1所述的用于复杂地层的盾构机刀盘，其特征在于：所述盾构机刀盘安装在主轴承的内齿圈上，通过液压驱动。
4.根据权利要求1所述的用于复杂地层的盾构机刀盘，其特征在于：所述盾构机刀盘设计为双向旋转，转速调节采用无级变速。
5.根据权利要求1所述的用于复杂地层的盾构机刀盘，其特征在于：所述盾构机刀盘的伸缩行程为140mm-160mm。
6.根据权利要求1所述的用于复杂地层的盾构机刀盘，其特征在于：所述盾构机刀盘内侧设计有搅拌棒，随盾构机刀盘一起转动。
7.根据权利要求1所述的用于复杂地层的盾构机刀盘，其特征在于：在所述刀具上还安装有磨损检测装置。
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